Моторные катера и яхты по сравнению с другими транспортными средствами —такими, как автомобиль или тепловоз, — обладают большим преимуществом: другие транспортные средства должны двигаться с сухим выпуском. Катера же могут иметь мокрый выпуск, который дает настолько большое шумотушение, что без особых причин от него не следует отказываться.
Количество катеров по сравнению с другими средствами сообщения относительно мало. Поэтому едва ли когда-нибудь проводились исследования глушения шума путем впрыскивания воды. Вместе с тем имеются многочисленные данные о глушении шума выпуска, колебаниях выпускных газов, звукопоглощающем материале внутри выпускного коллектора и т. д., которые иногда совершенно неоправданно распространяют на катера.
Радикальное глушение звука выпуска достигается, когда газы от подвесных моторов отводятся под воду через ступицу гребного винта. Так как водяная струя получает ускорение от гребного винта и дальше от ступицы винта образуется уже пустое пространство, возникает лишь небольшая потеря мощности как следствие не совсем свободного выпуска. Достигнутое глушение шума было настолько эффективным, что после первоначальной конструкции, разработанной фирмой «Мер-кури», другие фирмы —«Джонсон» и «Эвинруд» —также применили на нескольких своих моделях выпуск через ступицы гребного винта. Его также используют на некоторых Z-образных передачах, связанных с четырехтактными двигателями. Когда в обычный выпускной трубопровод впрыскивается вода, объединяются различные действия: водяной дождь с частичным парообразованием эффективно нарушает свободный выход импульсов выпускных газов. Кроме того, вода вызывает сильное охлаждение, вследствие чего объем газа уменьшается по крайней мере на столько, сколько образуется водяного пара. Одновременно охлаждаются стенки выпускной трубы, благодаря чему в жилые помещения проникает меньше теплоты и значительно уменьшается пожароопасность.
На быстроходных открытых спортивных катерах, к сожалению, часто отказываются от орошаемого глушителя, заглушающего шум пуска. При запуске обращает на себя внимание шум двигателя в виде рокота и хлопков, который слышен до начала впрыскивания воды. Как только подходит вода, резкое хлопанье превращается в более или менее сильное ровное гудение.
На открытых спортивных катерах существует опасность забрасывания воды в двигатель через выпускную трубу. Иногда вместе с двигателем поставляют высоко изогнутое колено выпускной трубы, так как нередки бывают повреждения из-за воды, проникающей в цилиндры. К сожалению, расположение двигателя и высота пола в рубке часто препятствуют установке глушителя на достаточной высоте.
Обычно глушение шума достигается с помощью «мокрого» глушителя.
Почти на всех больших катерах главный двигатель установлен настолько глубоко, что его выпускной коллектор бывает расположен ниже ватерлинии. Поэтому выпускной трубопровод должен быть прежде всего направлен вверх для предотвращения забрасывания воды в двигатель. Это лучше всего совместить с установкой мокрого (орошаемого) глушителя, показанного на рис. 1.
Короткий выпускной трубопровод, ведущий от двигателя к глушителю, неизбежно становится таким горячим, что его необходимо охлаждать. Поскольку он направлен вверх, охлаждение обеспечивают водяной рубашкой. Такой стояк ведет прямо к глушителю, внутри которого он должен проходить как можно выше, чтобы предотвратить заброс воды в двигатель при крене или дифференте. Установку фланца выпускной трубы можно предусмотреть и в верхней части глушителя в зависимости от местных условий.
Вблизи глушителя из рубашки охлаждения вертикального выпускного трубопровода отводится вода и впрыскивается сверху в глушитель. Впуск должен быть рассчитан таким образом, чтобы вода попадала непосредственно в поток выпускных газов, но чтобы при остановке двигателя она не проникала в стояк выпускного коллектора двигателя.
Глушитель — полый, он не имеет обычных для сухих глушителей направляющих листов, листов с отверстиями, шлицованных труб или звукопоглощающего кожуха. Смешение горячих газов и воды при одновременном расширении газа в объеме выпускного коллектора обеспечивает эффективное глушение шума, не задерживая свободного истечения газов. Газы и вода вместе выходят через понижающуюся выпускную трубу за корму.
Глушитель с водораспылением. Еще более эффективное глушение шума достигается при использовании распыления воды вместо впрыскивания. Такой вариант показан на рис. 256. Улучшение ощущается прежде всего в некоторых двухтактных дизелях, имеющих очень шумный выпуск, а также в других случаях, когда глушитель должен иметь малый объем расширения. Приваренный патрубок полукруглого сечения обеспечивает распределение воды по распыляющим отверстиям, суммарная площадь которых должна быть примерно на 50% больше площади поперечного сечения подводящей водяной трубы.
Глушители устанавливают в машинном помещении вблизи двигателя, они служат также высоко расположенным началом выпускной трубы, которая имеет постоянный наклон к корме. Поскольку всегда имеется обильный подвод воды, глушители не слишком нагреваются. Достаточно изолировать их слоем асбеста толщиной 20—30 мм.
Вариант принципиально такого же мокрого глушителя, но с подачей воды на распыление не из рубашки, а прямо из выпускной трубы показан на рис. 3. Она может устанавливаться и в отдалении от двигателя.
Рис. 1. Обычный «мокрый» глушитель. В нем происходит расширение выпускных газов, которые одновременно смешиваются с впрыскиваемой охлаждающей водой. Необходимо обратить внимание на то, чтобы при – остановленном двигателе вода не смогла попасть обратно к выпускным клапанам и в цилиндры двигателя.
1 — асбестовая изоляция; 2 — водяная рубашка.
Если выпуск не мокрый, а сухой и направлен не в корму, а вверх, то достигнуть хорошего глушения шума оказывается труднее. В любом случае глушитель на катере должен охлаждаться целиком охватывающей его водяной рубашкой. Внутри глушителя предусматривают те же направляющие листы и звукопоглощающий материал, которые применяются в глушителях сухопутных транспортных средств.
Рис. 2. Глушитель с водораспылением. Превосходное перемешивание газов с впрыснутой охлаждающей водой дает наилучшее глушение шума.
1 — асбестовая изоляция; 2 — водяная рубашка.
«Водопад» для глушения шума. Существует простая возможность заново возбудить шумопоглощающее действие охлажное сечение примерно на 20%, но охватывает всю массу воды, протекающей внизу. Вода подбрасывается «водопадом» и вновь смешивается с выпускными газами. Разумеется, при этом не достигается такой эффект глушения шума, как в настоящем глушителе, но по сравнению с гладкой трубой эффект весьма значителен. Можно полностью избежать уменьшения поперечного сечения трубы, срезав трубу сверху и покрыв ее изогнутым колпаком.
Рис. 3. Дополнительный глушитель в корме для максимального глушения шума. Здесь применен новый вид водораспыления; текущая в корму по выпускной трубе вода захватывается козырьком и подается сверху в глушитель. Эта установка полностью оправдывает себя.
Рис. 4. Шумозаглушающее устройство «водопад». Текущая по дну выпускной трубы вода при помощи установленной под углом пластины снова смешивается с газами; это простейший способ дополнительного глушения шума у кормы.
Подводный выпуск. Во время «сухого закона» в США контрабандисты, переправлявшие спиртное на восточное побережье Соединенных Штатов, часто пользовались остроумной и простой комбинацией в выпускной системе. Во время обычного рейса выпуск происходил в воздух. При входе в опасные воды на транец навешивали патрубок с отводом вниз, который воспринимал выпуск и отводил его под воду, где газы выпускались бесшумно.
В настоящее время имеется много типов патрубков, которые болтами крепятся к транцу и отводят выпуск под воду. На быстроходных катерах военно-морского флота, а также во многих других случаях выпуск часто производится сбоку за борт непосредственно под водой и при помощи козырька направляется под поверхность воды. Во всех случаях необходимо проверять работу этого устройства на заднем ходу. Вода практически никогда не может устремиться против действия давления выпускных газов. Однако двигатель может остановиться в начале заднего хода и попадет ли в цилиндры вода —зависит только от конструкции системы.
Выпускные устройства надежнее всего функционируют в классическом исполнении: с водоохлаждаемым трубопроводом в корме, высоко расположенным глушителем вблизи двигателя и с глушением шума путем смещения газов с охлаждающей водой.
Установка эффективной и надежной в работе выпускной системы является задачей строительной верфи. Мы остановились на этом несколько подробнее, поскольку литература, относящаяся к этой важной области и специфике ее применения на катерах, отсутствует. Водяное глушение шума выпуска настолько эффективно, что его необходимо применять даже при двигателях с воздушным охлаждением. Для этого, правда, к двигателю надо подсоединить небольшой водяной насос, однако выигрыш в глушении шума и охлаждении выпускной трубы настолько велик, что это усложнение полностью компенсируется. То же можно сказать о двигателях с замкнутым охлаждением пресной водой, у которых теплообменником служит забортный змеевик. Поскольку в этом случае охлаждающая вода не может впрыскиваться в выпускную трубу, необходимо установить небольшой приводной насос специально для этой цели.